论智能遥感卫星的“快、准、灵”应用服务

过去几十年里,中国遥感卫星实现了从有到好的技术跨越,当前中国遥感卫星数量已达300余颗.然而,遥感卫星与通信和导航卫星相比还存在明显不足.遥感卫星走向智能化和大众化,必须解决“快、准、灵”的技术问题.结合现有研究成果,论述了实现智能遥感卫星“快、准、灵”实时智能服务的关键技术.通过无地面控制高精度定位、在轨智能处理和星群组网协同观测技术,快速生成用户所需产品;通过成像模型构建、高精度姿态测量和在轨自主几何定标技术,为用户提供精准的定位信息;通过遥感卫星软件定义、时空谱综合优化和通导遥一体化集成技术,提高单星服务能力,实现从卫星端到用户终端(Business-to-Consumer,B2C)的实时智能大众服务.

面向星群的遥感影像智能服务关键问题

全天时、全天候和全球的遥感信息实时智能服务是对地观测系统建设的目标。近几年来,随着我国高分专项和商业卫星的发展,在轨卫星数量急剧增加,对地观测能力得到极大增强,使得传统的单星和星座卫星系统的运控、接收、处理和应用服务模式面临严峻挑战,亟须统筹规划卫星应用各环节资源,充分发挥多星协同优势,构建统一的遥感影像实时智能服务体系和系统。本文针对遥感星群卫星体系特点和对地观测用户需求特征,开展面向星群的遥感影像智能服务关键问题研究。提出了面向任务的全球多尺度语义描述网格,统筹全球动静态的任务语义描述,在此基础上重点分析了面向星群的自主任务管理、精准动态规划和协同智能处理等关键技术问题,形成集任务描述、任务管控、任务规划、在轨处理、终端分发一体化的星群智能服务技术体系。通过充分发挥星群协同的优势,结合在轨处理和人工智能技术来降低各环节时间延迟,提高数据处理精度,从而实现完全自动化和智能化的近实时星群智能服务,为对地观测的全天时、全天候快速高效智能服务奠定基础。

倾斜摄影三维建模遮挡物去除和修复方法

传统的前景遮挡提取方法是将目标遮挡作为一个整体进行提取,忽略了对象本身存在的几何纹理和光谱特性的差异,造成遮挡提取的不精确,降低了模型的准确度。以城市街区倾斜摄影三维建模中遮挡物去除为例,将遮挡物分为树木、车辆、路灯和行人4类,针对复杂的树木遮挡问题,提出一种树冠、树干分类提取方法。树冠部分依据色调和平行直线信息来提取遮挡;树干部分依据色调信息和边缘检测方法提取遮挡。选择新疆库尔勒市倾斜摄影三维场景中遮挡严重区域作为实验区,采用Criminisi算法对遮挡区域进行修复。相比传统方法,该方法的遮挡区域误提取率减少了12.5%,证明了其的有效性。

分布式网络环境下海洋大数据服务技术研究

海洋大数据具有分布式获取的特点和一体化应用的特性,分布式网络环境下海洋大数据服务技术是避免"信息壁垒、信息孤岛、重复建设"的重要途径。从海洋信息基础设施建设和需求导向的角度,论证了海洋数据共享与信息服务的辩证关系;提出了基于统一时空数字地球模型构建海洋大数据空间关联的空间抽象坐标参考基准的技术方法;解决了分布式网络环境下的海洋监测与调查数据标准化格式网络发布、海洋再分析产品数据主动推送,海洋业务数据定制等3项关键技术;实现了以"多中心、多节点"为特征的分布式网络环境下海洋大数据服务模式。结合我国数字海洋信息基础框架的专网环境下的实验,验证了其可行性并结合"智慧海洋"建设,提出了未来发展方向与研究重点。

我国边疆城镇精细化管理技术研究

智慧城市的发展对城市安全提出了更高的要求,提升城市管理与应急反应水平是提高城市安全水平的重要保障。城市三维场景快速重建与精细化管理是智慧城市构建的重要支撑技术。针对我国边疆城镇地区社会稳定和公共安全管理的应用需求,提出了航天、航空、地面、室内外一体化的数据采集与处理方法,解决了基于高性能计算的大规模倾斜三维影像数据快速建模关键技术。以我国西部边疆典型城镇新疆库尔勒市为试验区,开发城市精细化管理系统,实现城市人口信息的精细化管理及突发事件应急响应预案的动态模拟等应用功能,验证了研究内容的合理性与实用性。

顾及任务适宜度的时空谱多星协同观测方法研究

基于多源遥感卫星的时间、空间、光谱协同优化观测是国土资源与生态环境安全监测技术研究的重要内容。针对已有多星协同观测任务规划方法在地物光谱特性方面考虑不足的问题,分析了典型观测目标分类、地物波谱特性、传感器波段、卫星载荷之间的逻辑递推关系,提出了面向优化目标函数的适宜度指标,构建了时空谱一体化的多星对点目标协同观测的约束优化模型;进而,采用基于启发式规则的贪婪算法对模型进行求解,实现任务优先级和任务适宜度的同步优化。最后,以新疆尾矿库污染、耕地荒漠化、水资源污染和城镇发展应用问题为例对本文提出的方法进行实际仿真实验,验证了研究内容的先进性和实际应用价值。

时空谱多星协同任务规划算法研究

介绍了多星协同任务规划的重要性以及时空谱多星协同任务规划的优点,基于时间、空间和光谱协同观测约束优化模型,以金矿尾矿库污染、水资源污染和耕地荒漠化问题为例ꎬ分别在新疆伊犁河流域尾矿库区域、塔里木河流域和阿克苏区域随机生成观测任务,根据观测任务选取了多个成像卫星,通过仿真实验研究了基于启发式规则的贪婪算法、遗传算法、爬山算法对模型的求解效率和优化结果.验证了引入适宜度的必要性ꎬ以未观测点、任务适宜度、优先级、任务总价值为比较指标ꎬ综合分析和比较任务的总价值,验证了贪婪算法在本文模型中优于遗传算法和爬山算法.

一种面向卫星在轨自主任务规划的快速精准轨道预报方法

卫星在轨自主任务规划需要高精度的轨道预报数据,计算待观测目标的可成像时间窗口、成像姿态需求,结合其他约束条件来完成任务规划过程。针对卫星星上计算资源有限的情况,为了减少轨道预报过程的资源消耗、满足自主任务规划的需求,提出一种在长周期的轨道预报中预报精度高、资源消耗少的轨道预报方法。基于两行根数(two-line element,TLE)及简化普适摄动模型,以多条轨道数据作为输入,迭代计算生成TLE,完成轨道预报,并计算轨道预报误差和模拟观测目标的成像参数初值误差,进行定量评价。实验结果表明,所提方法仅需少量输入数据即可完成72 h的轨道预报,预报精度优于4 km,平均耗时12.76 s,在长周期的轨道预报中预报精度高、运行速度快;使用轨道预报数据计算模拟观测目标的开始成像时间误差优于0.2 s,三轴方向上的成像姿态初值误差均优于0.03°,小于智能遥感卫星珞珈三号01星相机成像过程姿态指向精度指标。所提方法预报精度高,需求的时空资源少,对于星上在轨自主任务规划具有重要意义。

低轨巨型星座遥感信息“云-边-端”智能服务关键技术

低轨巨型星座是国家重要的新型基础设施,也是当前航天领域发展的前沿和热点。通过分析卫星集群与地面资源的“云-边-端”动态优化协作,开展面向低轨巨型星座的协同智能服务关键技术研究。围绕“一星多用、星群组网、协同感知、自主管控、智能服务”的目标,分析了地面中心云智能管控与高精度处理、天基边缘云协同观测与融合处理、卫星端与用户端实时处理与智能服务等关键技术,探讨了面向即时任务的“云-边-端”协同智能服务模式,能够为典型即时应用场景提供“快、准、灵”的时空连续信息服务,实现智能对地观测的跨越式发展。

语义描述驱动的启明星一号自主任务规划方法

卫星任务规划是合理配置卫星资源,获取有效数据的重要途径。针对启明星一号卫星在无用户观测需求时存在的资源浪费问题,提出一种语义描述驱动的启明星一号自主任务规划方法。首先通过分析对地观测目标的特征及其对遥感数据的需求特点,构建了全球任务语义描述模型,为卫星的自主任务规划提供了基础数据库。然后基于该描述模型,设计了一种卫星自主任务规划方法,通过构建任务规划模型,能够实现对高价值目标的自主规划,提高卫星数据获取效率,最大程度地发挥卫星的在轨应用价值。最后基于启明星一号对该模型进行了方案验证,证明了该方法的可行性,可适用于不同类型遥感卫星,在未来遥感星群实时智能服务应用中能够发挥一定的价值。